基于ARM7单片机的人行过马路交通灯系统设计论文.docx

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基于ARM7单片机的人行过马路交通灯系统设计论文

摘要

纵观单片机的发展和应用，51单片机越来越无法满足用户的需求，ARM高速32位单片机的出现，缔造了嵌入式系统的新纪元.

　　嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件，硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、和功耗严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统已广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事等各种领域、甚至商业、文化、艺术、及人们日常生活的方方面面。

随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术的重要性日益凸显，使得我们不得不将注意力转移到它身上。

ARM的应用已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。

此设计采用了ARM7微处理器LPC2103作为核心处理器。

本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。

该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：

对某人行马路的交通路口进行控制和对红绿灯的闪亮控制；各路口有固定的工作周期。

人行过马路交通灯控制系统不仅可以缓解交通拥堵，还能阻止一些交通事故的发生。

它采用LPC2103来实现对红绿灯的控制。

其中通过设置LPC2103的GPIO功能用定时器来实现LED灯的亮灭与闪亮。

关键词：

ARM7LPC2103LED灯

Abstract

ThroughoutthedevelopmentandapplicationofSCM,51SCMincreasinglyunabletosatisfythedemandofusers,ARMspeed32bitMCUembeddedsystems,createstheneweraofembeddedsystem.

Refertotheapplicationforthecentertocomputertechnologyasthefoundation,software,hardware,canadapttofunction,applicationsystemreliability,cost,volume,andthepowerofthestrictspecializedcomputersystem.Theembeddedsystemhasbeenwidelypermeatesscientificresearchandengineeringdesign,militaryandotherfields,orevencommercial,culture,art,andallaspectsofPeople'sDailylife.Withthefurtherdevelopmentofembeddedproducts,andtheimportanceoftheembeddedtechnologyallowsustoincreasinglyprominent,divertattentiontoit.TheARMoftheapplicationinindustrialcontrol,consumerelectronics,communicationsystem,networksystem,wirelesssystemsandotherkindsofproductmarket.ThisdesignusestheLPC2103ARM7microprocessorcoreprocessors.Thisarticledescribesanintelligenttrafficlightsystem.Theintelligenttrafficlightcontrolsystemfunctionscanbeachieved:

theroadtripagainstapersontocontrolthetrafficjunctionsandtrafficlightstoflashcontrol;theintersectionwithafixeddutycycle.Pedestriancrossingtrafficlightcontrolsystemcannotonlyeasetrafficcongestion,butalsopreventanumberoftrafficaccidents.ItusesLPC2103torealizethecontroloftrafficlights.LPC2103'sGPIObysettingthemwithatimerfunctiontoachievebrightLEDlightsoffandshine.

Keywords：

ARM7LPC2103LEDlights

1引言

随着我国改革开放的不断深入,城市化进程不断加快,交通事业飞速发展,交通拥挤已成为城市经济发展的“瓶颈”,特别是大、中城市不断增加的车辆和有限的道路空间矛盾日益加剧。

目前我国城市里的人行过马路交通系统大都采用定时来控制（不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况），这样必然产生如下弊端:

当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。

缓解道路交通拥堵,减少交通事故，改善道路交通环境,节约交通能源,减轻驾驶疲劳等功能,最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境是目前急需解决的城市交通管理系统的关键技术之一。

本文采用的设计是使用ARM32位LPC2103芯片，作为带闪烁人行过马路交通灯控制系统的核心部件，利用ARM32位芯片定时器的优势，对带闪烁人行过马路交通灯精确的控制；可根据车流量的大小，合理的和精确的控制每一个人行过马路通道的时间，来减少道路上车辆拥塞的时间。

达到路口车辆畅通的的同时减少车辆的停留时间，从而有利于减轻城市马路空气污染的目的。

1.1背景

当人类历史跨入21世纪的时候，全球社会、经济、市场、产业结构及科学技术等发生着深刻的变革：

国际和国内市场向着大竞争大合作的方向发展；产业结构向着以信息产业为主的方向发展；基础科学、信息科学、材料科学、管理科学和现代控制理论与制造科学等获得了突破性的进展，而且相互交叉融合。

以网络为基础的科学活动环境研究对未来的计算模式和科研活动产生了深刻的影响，同时也提出了挑战，如：

无序成长性与动态有序性的统一；自治条件下的协同性及安全保证；海量信息的结构化组织与管理等。

在此背景下，网络技术与先进制造技术的有效融合形成了一种全新的生产制造模式---网络化制造。

网络化制造技术的出现和发展，引起了全球制造领域的极大关注。

网络化制造涉及的技术问题多且内容复杂，许多技术问题都有待于深入研究和解决。

在这些技术内容和技术问题中，网络化协同产品开发将是今后相当一段时间网络化制造的主要研究课题。

网络环境下新产品的研究、开发、设计、制造、管理、营销、服务不再局限于一座城市、一个地区甚至一个国家。

同时，企业间的兼并和收购成为激烈竞争的必然结果，这使得企业规模急剧膨胀，其内部生产、管理和决策支持系统多种多样系统间的信息和知识交换成为瓶颈。

而且，随着现代产品的复杂度和技术含量的提高，单一企业常常受到技术和资源等方面的限制，不能胜任产品开发的全过程。

于是，利用现代计算机和网络技术，进行企业间的合作和同盟，以便充分利用各自的资源和技术优势，取长补短，获得整体优化。

上述产品开发模式随着Internet变成网络应用平台而越来越具有可实现性。

但是，从总体上讲，网络化协同产品开发的研究还不够深入，缺乏系统的理论体系和支持工具，研究成果与实际需求尚有一定的差距。

因此，探索网络环境下的协同产品开发方法和关键技术，并开发出相应的支持系统，是一项具有重要理论意义和广泛应用前景的研究课题。

理论不可能产生在实践之前，它需要实践经验作为其构成的基本要素；理论也不是产生在实践的终点，因为它负有指导后续实践使之有更多成功机会的责任。

本论文针对网络化协同产品开发业务流程和软件技术架构进行了深入的研究。

1.2现状问题

近来有不少市民反映，由于一些道路红绿灯设置不甚合理，给行人过马路带来不便，甚至险象环生，成为诱发交通事故的原因之一。

在车流繁杂的路口，因为人行道的绿灯时间太短，导致通常都要小跑才能过马路，这对老年人和儿童来讲的确是件难事。

红绿灯时间究竟多久才能让行人从容通过？

专业人士介绍，红绿灯时间设置有固定的计算公式，主要以所在路口的车流量、人流量等数据为指标，结合常人行走平均速度（大约1.3米/秒），并考虑行人的过路时间得来的。

交通问题在现在乃至将来的一段时间内仍是制约国内各大中城市发展的主要问题之一，因此合理的设置人行过马路交通灯控制系统成为交通系统中的一个重要问题。

2工作硬件原理

2.1LPC2103简介

2.1.1概述

LPC2103是一个基于支持实时仿真的16/32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，并带有32kB的嵌入高速Flash存储器，128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。

较小的封装和极低的功耗使LPC2103适用于访问控制器和POS机等小型应用系统中；由于内置了宽范围的串行通信接口（2个UART、SPI、SSP和2个I2C）和8KB的片内SRAM，LPC2103也适合用在通信网关和协议转换器中。

32/16位定时器、增强型10位ADC、定时器输出匹配PWM特性、多达13个边沿、电平触发的外部中断、32条高速GPIO，使得LPC2103微控制器特别适用于工业控制和医疗系统中。

2.1.2管脚信息

图2.1PLC2103管脚配置

2.2ARM2103底板原理图

2.2.1电源电路

LPC2103控制器需要双电源供电，1.8V内核电压和3.3V功能外设电压，5V电源由变压器或USB电源线输入，二极管1N5819可以防止电源反接。

电路采用SPX1117系列LDO芯片SPX1117M-3.3和SPX1117M-1.8将电压稳至3.3V和1.8V，0欧的电阻用来隔离数字电源和模拟电源、数字地和模拟地。

SPX1117系列LDO芯片是EXAR公司生产的低压差芯片，其特点是输出电流大，输出电压精度高，稳定性高，宽电压输入（这里选择的是5V输入）。

此系列LDO芯片的输出电流高达800mA，输出电压的精度在±1％之内，可广泛应用于手持式仪表、数字家电、工业控制等领域。

注意在电路输入输出端接一个10μF的电容，可改善瞬态响应和稳定性。

2.2.2时钟电路

LPC2103微控制器可使用外部晶振或外部时钟源，内部PLL电路可调整系统时钟，使系统运行速度更快（CPU的操作频率最大可达70MHz）。

若不使用片内PLL功能及ISP下载功能，则外部晶振频率为1～30MHz，外部时钟频率为1～50MHz；若使用片内PLL功能或ISP下载功能，则外部晶振频率为10～25MHz，外部时钟频率为10～25MHz。

ARM2103开发板使用外部晶振11.0592MHz，实时时钟为32.768KHz，电路原理如图2.2所示。

用11.0592MHz的外部晶振使串口的波特率更精确，同时能支持LPC2103微控制器内部的PLL电路及ISP（在系统编程）功能。

图2.2时钟电路

2.2.3JTAG接口电路

JTAG接口电路采用ARM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口，JT